CN103813866A - 用于去除金属制品的氧化皮的设备及方法 - Google Patents

Abstract

通过输送压力水来去除金属制品（11）的表面的氧化皮的设备，所述设备包括一限定用于压力水的通道的内部容积（22）的盒形结构（20），连接到一个间隙值小于1毫米的出口缝隙（23），并且沿所述金属制品（11）的至少整个宽度连续地延伸。

Description

用于去除金属制品的氧化皮的设备及方法

技术领域

本发明涉及一种去除金属制品的氧化皮的设备及方法。

具体地说，本发明并非仅仅应用于板材产品的轧制线，甚至更具体地说，本发明涉及例如斯特克尔轧机中使用的可反向运行的轧机机架。

然而，必须理解的是，本发明还可以与以下应用相关联地使用：连轧机列、单独的粗轧或精轧轧机机架，以及基本上需要有效地去除金属制品表面上存在的氧化皮的各种类型的金属制品的加工。

背景技术

特别是在例如板材或片材的板材产品的金属制品的热轧过程中，众所周知，需要例如在加热系统和/或维护系统的出口处提供适合于去除由于金属制品在高温下暴露于大气而产生的表面氧化皮的设备。

已知的去除氧化皮的系统根据其如何实现的方式基本上分为机械方法、化学方法或化学-机械方法。

在所述的机械方法中，众所周知，例如，使用具有所需硬度和形状的固相颗粒，对着有待清洁的表面以高速抛出，从而撞击移动中的有待清洁的材料表面。

根据所需的效果以及有待处理的材料类型，上述的固相颗粒由铸铁或钢球组成，可替代地，也可以使用高速旋转的钢刷。

与之相反，在轧制线上一般使用高压水射流来去除氧化皮的方法，高压水射流以适当的倾角直接对准移动的金属制品喷射。

在这种方法中，移动的金属制品的上、下两侧都受到大约10MPa至18MPa压力的水射流的冲击。

实现这种方法的公知设备通常都带用（固定的、旋转的和/或平移的）喷嘴，喷嘴朝着金属制品的表面喷出水射流，根据氧化皮在与水接触受到热冲击的物理原理，这会使氧化皮从产品的表面分离，从而被去除。

然而，在金属制品的厚度小于一定值（例如，≤4/5mm）时，已经发现在使用从喷嘴喷出的加压水射流的这种方法不适合用于去除氧化皮，因为喷嘴喷出的水射流会使产品过度冷却，导致这种金属制品从氧化皮去除设备出来时会太冷，从而会过度地增大随后进行轧制的轧制压力。

为了防止上述产品冷却，必须减小氧化皮去除水的压力和流速，但是如果氧化皮留在该产品的表面，在随后的轧制步骤中，氧化皮会深深地压印到所述表面中，因此所获得的最终产品的质量会变差。

由于所得的最终产品具有较低的质量，因而获得的售价较低，所以这造成了相当大的经济损失。

如果当板材的厚度足够大（例如，≥10mm至12mm）时，这个问题在连轧机组中不是特别重要，因为氧化皮在连轧机组的第一机架的入口处被去除了，并且氧化皮没有时间在很短的机架间隔区段中再次形成，但与之相反，这个问题在斯特克尔可逆式轧机机架中非常重要。

在这种类型的机架中，轧制产品在一个方向上经过几次，并且在另一个方向上经过一个或两个反向运行式机架，从而每经过一次厚度就减小，并且每经过一次之后就卷绕在一个卷绕炉或展开炉内。

为了制备用于轧制的板材，可以在上述的卷绕炉或展开炉与可逆式机架之间设置氧化皮去除设备。

然而，根据我们先前的描述，当板材的厚度小于一定值时，例如小于8mm，或甚至如果小于5mm，那么必须关闭氧化皮去除设备，因为喷嘴喷出的水射流的作用会使板材的表面过度冷却，从而导致随后的轧制压力过大。

这个问题现在仍然限制了可逆式轧机的潜能，在实践中阻碍了将氧化皮去除设备用于非常薄的例如，1.5mm至3mm的产品。

US-A-2,921,748和SU-A1-624,676描述了一种氧化皮去除设备，这种氧化皮去除设备包括与带有出水用的间隙的盒形结构相关联的喷嘴，所述的间隙沿着所述的金属制品的宽度延伸。

因此，本发明的目的是获得一种设备以及对应的方法来完全去除氧化皮，并且遏制轧制步骤中板材表面的温度损失，并且可应用于厚度非常薄（例如，≤5mm）的产品，以便在随后的轧制步骤中不产生问题。

本申请人已经设计、测试并实施了本发明来克服现有技术的缺点，并获得了这些和其他目的和优点。

发明内容

本发明由独立权利要求阐述并以独立权利要求为表征，从属权利要求描述本发明的其他特征或主要发明思想的变型。

根据本发明，氧化皮去除设备包括至少一个输送水的高压刮刀的设备，其中水的出口间隙具有小于1毫米的值，该数值特别地小于一毫米的十分之几，更优选地，在百分之一毫米与百分之十毫米之间。

在本说明书的此处和以下，当我们谈到水时，我们的意思是指适合用于执行去除氧化皮的功能的任何液体，例如混有添加剂或其他物质的水。还需要理解的本发明的有关技术特征的表征是，与极为有限的出口间隙的大小有关的是所使用的水或其他合适的液体必须极为干净和/或者已经经过过滤和清洁处理的，优选适于输送的液体，以便防止所述的出口间隙哪怕出现最小的部分的堵塞。

根据本发明的氧化皮去除设备要配合有待处理的金属制品的表面进行定位，使得在所述的水出口间隙与所述的表面之间的距离优选在10mm至30mm的范围内。

根据本发明的一个特征，设置机构来调节、也可自动调节所述的氧化皮去除设备相对于有待处理的产品的位置，以便使输送距离甚至在产品的厚度发生变化时保持在一预定值或可预定的值，产品的厚度例如在斯特克尔轧制机的可逆式机架中每经过一次就会减小。

水的出口缝隙具有比有待处理的产品的宽度大的输送锋线或宽度，以便不仅可覆盖产品的整个宽度从而保证基本上均匀处理整个表面，而且从两侧伸出确定的余量，以便保证出口间隙的预定值如以下所述是可控制的和是正确的。

根据本发明的实施例的一种形式，所述设备包括盒形结构，优选为金属，正如我们前面所说的，所述盒形结构延伸的宽度大于有待处理的产品的宽度，在有待处理的产品的周边部分安排有供水元件。

在实施例的一种形式中，供水元件包括一对贴片，最好为可更换的，所述贴片具有适当的形状，以便彼此面对面相对设置来限定在其端部的出口缝隙。

根据本发明的一个特征，设置与所述设备的盒形结构相关联的自动装置，并且被配置为保证所述出口缝隙的间隙保持在一预定值。

调节所述的缝隙的值的问题是极为重要的，因为去除氧化皮的水刀在沿着待处理的产品的宽度上的整个延伸过程中必须尽可能均匀操作。这是为了防止产品某些区域受到大量水的冲击被更快地冷却，这将降低产品的最终质量。

根据本发明的一种实施方式，所述的自动装置包括至少一个与控制单元相关联的位置检测设备以及至少一个致动器，所述致动器与所述设备的结构件相关联，并且被配置为根据所述控制单元的命令在接收到检测设备的信号时执行选择性地激活。

在本发明的一种实施方式中，所述设备的结构件是连接及加强用系杆，所述系杆设置在基本上垂直于所述设备延伸方向的方向上，并且当对应的致动器挤压所述系杆时，所述系杆确定对水的出口缝隙的间隙值的校正值。

根据一种变型，所述设备的盒形结构包括多个系杆，最好为等距的，以便均匀分配对间隙值的调节，并且确保间隙值在整个宽度上基本上保持相等。

在本发明的实施例的另一种形式中，一个或多个系杆可以被选择性地用于使所述设备的水的出口缝隙的间隙变宽，以便执行清洗过程，来清洗水的出口缝隙中可能阻塞或使水刀的厚度变形的任何可能的杂质；这个过程当所述设备处于停用状态时可以执行。

在本发明的一种实施方式中，提供一种使得所有的传感器在相同条件下工作的初始设置过程；所述过程提供以下步骤：

-所述传感器受到相等的力的作用而被激活，从而完全关闭所述水的出口缝隙；

-在所述设备内引入一个与除氧化皮的水的压力相等的压力；

-所有的传感器被清零，因此获得一相同的基准，从而在运作期间获得相同的表现。

在本发明的另一种实施方式中，在使用期间设置一种功能来调节系杆，以便以预定的时间间隔逐步减小缝隙值，进而将由与去除氧化皮用的水一起高速输送的微粒所造成的缝隙的边缘处的磨损恢复原状。以此方式，随着氧化皮去除设备的工作周期的进行，能够保持所述缝隙的宽度值基本上恒定。

在另一种实施方式中，在几个点测量所述的缝隙的宽度，并且缝隙的宽度能够点对点且选择性地修正，从而调节一个或多个对应的系杆；这个过程允许修复由于例如结构的刚度的非均匀度而造成的可能的变形，这在使用期间，可能在该设备的宽度上产生不同的变形，或者由水所输送的颗粒所造成的有区别的磨损效果而引起的变形，这种磨损效果会在所述缝隙的宽度上造成程度不同的磨损。

根据本发明的一种实施方式，水刀的倾斜角度可以在相对于产品表面的垂直方向的零度值与一个大约20°的值之间调节，最好在与待处理的产品的供料方向相反的方向上的5°与15°之间。

使用具有如上所述特征的设备允许输送具有恒定厚度的水射流以及在有待去氧化皮的产品的整个宽度上均匀形成水刀构造。所述的水刀以极高的速度（例如，从4ms÷10ms）冲击板材的表面，并且去除氧化皮并非使氧化皮由于热冲击而破碎，而是通过机械方式去除氧化皮，即水刀提供高动能的水冲击表面。

换句话讲，由于该设备采用上述的结构配置和驱动参数，除了最短的时间分数（按照申请人测量的时间约为0.00010秒）之外，水射流能够去除产品表面上存在的氧化皮层，同时不影响氧化皮下方的产品表面。以此方式，我们实现了将有待去除氧化皮的金属制品的温度的减小限制到最极端的程度，从而允许以此方式来处理甚至厚度非常小的金属制品，小于8毫米，或甚至小于5毫米，薄至2毫米，同时不会使温度过度减小，而温度过度减小例如会不利于随后的轧制。

根据本发明，使用的压力值是至少75bar，有利地在100bar/150bar的范围内，以确保水射流的出口速度至少为100/150m/s。

在本发明的一种实施方式中，水流速度值随有待处理的产品的加速斜率校正，从而水流速度值随着板材的速度的增加出现一致性增大。

如果存在两个设备，有待处理的产品的每个表面使用一个设备，那么它们可以彼此对准（一个设备在另一个设备的上方）或纵向偏移设置。

如果它们对准设置，那么对应的输送压力就会不同，例如上方的设备的压力可以稍微更大，以便使板材靠在位于侧向的辊子上，并且稳定该产品的延伸，从而防止不希望发生的振动。

如果它们偏置，那么可以在相反侧设置对应的稳定及对比轧辊。

附图说明

从参照附图作为非限制性实例给出的实施例的优选形式的以下描述，本发明的这些和其他特征会变得明显，其中：

图1示出了本发明在具有斯特克尔可逆式轧机的轧制线中的一种可能的应用；

图2是图1的变型；

图3是根据本发明的氧化皮去除设备的主视图；

图4是沿着图3的A-A截取的剖面；

图4a示出了图4中的一个放大细节；

图5是根据本发明的氧化皮去除设备的侧视图；

图6是沿着图5的B-B截取的剖面。

具体实施方式

参照附图，图1示出了用于板材产品11的斯特克尔可逆式轧机50的实施例的一种形式，其中优选地应用了根据本发明的氧化皮去除设备10。

轧制机50包括公知方式的可逆式轧机机架51、位于上游的卷绕炉或展开炉52a以及位于可逆式机架51下游的卷绕炉或展开炉52b。

根据本发明的氧化皮去除设备10设置在炉52a、52b与机架51之间，这种情况下，每个所述的设备面对所述产品11的一个表面。

在图1所示的方案中，设备10彼此相对设置，而在图2所示的方案中，它们纵向偏置设置，并且在滚压的产品11的相反侧与对应的反衬辊12配合。在图1的情况中，在设备10的侧向设有支撑辊12，板材在其中可以被稳定传送，特别是当设备的输送压力互不相同的时候。

设备10包括一盒形结构20，在这种情况下，所述盒形结构具有基本上圆柱形的截面形状。在本发明的范围内，所述结构可以具有多边形形状，例如，方形、矩形、六边形等，或者还可以是椭圆形，或任何其他合适的形状。

在盒形结构20的头部上设有法兰21，供水设备可以通过所述法兰以所需的压力和流速的参数连接起来。

通过供水头25供应的水沿着箭头所示的方向上穿过盒形结构20的内部容积22，然后通过由形成为适当形状的两个贴片24的相邻表面所限定的出口缝隙23流出。

贴片24具有适当圆整的形状，以便伴随并便于水从缝隙23流出，而不会在通道上造成减速或阻碍。

特别地，如图4a中的放大细节所示，这两个贴片24的形状具有：由相对的渐缩形表面124所确定的渐进收敛的延伸部以及具有由相对的平行表面224所确定的平行延伸部的最后区段，所述延伸部确定水流的逐渐加速，所述最后区段确定水流的稳定。由平行壁面224所限定的稳定部分最好具有出口间隙23的5倍至20倍的一延伸部分，并且允许在所需的方向上以精确地点对点方式来引导水流，并且防止水流线脱离而造成对板材11喷射的效率损失和效能损失。

此外，贴片24的圆整表面在表面上镀铬和/或抛光是有利地，以便使相对于水流的滑动摩擦减小到最小值。

此外，有利地，贴片24以可更换的方式安装在盒形结构22上，以便容易控制、维护和/或允许更换贴片。

由于使用上述设备10，因此形成了具有均匀厚度的水刀，水刀以高速和高压撞击下方的金属制品11的表面，例如，输送用于轧制的板材。

根据需要来选择板材11的表面到出口间隙23所处的位置的距离“h”，但是假定所述距离大约在10mm至30mm之间。

可以设置所述距离“h”的自动调节机构，所述机构保持自身处于预设的最优值，从而随着轧制品连续穿过，根据板材11的厚度的变化来调节设备10的位置。

如果假定板材的厚度在2mm或3mm的范围内，当板材的厚度变化时，所述距离“h”可以改为是根据一个预设值的表格来改变，以便在不对板材11造成损坏的情况下使水刀去除氧化皮的效率能够维持在高水平。

根据本发明，限定涌出的水刀厚度的出口缝隙23的间隙值小于1毫米，有利地是在十分之几毫米的范围内，更有利地是在百分之几毫米的范围内。

水的出口压力至少大于75bar，有利地是在100bar与150bar之间，将水的出口压力与缝隙23的间隙的有限宽度以及板材11的供给速度（可以在4m/s至10m/s之间）结合来确定具有极高的动能喷出的水刀的发射程度，喷出的水刀去除板材11的表面的氧化皮，同时保持水与所述表面具有最小接触时间。

减小的接触时间显著地减少了板材11的温度下降，使得这种处理不会对随后传送板材11进行轧制产生不利影响。

申请人已经进行了计算，在使用根据本发明的设备的情况下，当板材的供给速度在10m/s以内时，水留在板材11的表面上的时间在约万分之一秒以内（根据申请人的测量结果），该板材表面的温度降低则被限制在不超过1.0℃至1.5℃，这对于在氧化皮去除处理的出口处进行的轧制操作而言是可接受的值。

为了保证维持出口缝隙23的间隙值为一个确定的值，所述的盒形结构具有多个连接及加强系杆26，这些连接及加强系杆沿横穿盒形结构22的纵向延伸部的方向设置。

这些系杆26定位在出水区的上游，也就是说，缝隙23的上游，特别是在水的低速区，以便不干扰水流和不减小其速度。

此外，这些系杆26具有优选为圆形的几何形状，在这种情况下，可确定对水的干扰尽可能小。

每个系杆26这样设置，覆盖在设备10的主要部分而不是整个宽度上（即，与板材11的宽度基本上相对应的宽度的部分），各系杆26与连接到一控制单元（未示出）的对应的位置传感器27相关联。

在过程开始时，可以在控制单元或与例如板材11每次经过轧机机架50相对应的值的表格中设置所需的出口缝隙23的间隙值。

一个对应的致动器28例如以液压或油动方式还与每个系杆26相关联。

如果位置传感器27通过控制单元检测到出口缝隙23的值相对于预设值发生了修改，或者没有与程控的变量值相对应（例如，由于水在贴片24相对的内壁上所施加的压力，这种压力在中心端与侧端之间存在差异，或者是由水所输送的颗粒的不同磨损效果造成的），那么发送命令到与该系杆26相对应的致动器28来恢复到正确的值。

由于这种控制有利地应用在所有的系杆26上，这些系杆分布在限定对着板材11的表面输送的水刀的宽度上，以此方式，甚至在以高水速和高水压重复输送循环之后，也能确保维持所需的出口缝隙23的间隙值。

与系杆26相关联的致动器28的存在使得允许增大出口缝隙23的间隙成为可能，这样在下方没有板材11的情况下，可以更大的间隙执行例如水输送的周期循环，从而清洗缝隙23中可能的杂质和残留物。

此外，致动器28可以用于执行一个初始设置，包括在缝隙23已经关闭之后使所有的系杆26受到相等的力，在盒形结构20内部引入一个与水的工作压力相等的压力，并且所有的传感器27被清零，使得它们有一个共同的基准，因此使得在缝隙的整个宽度上保证了缝隙23的厚度的精度和恒定性。

系杆26还可以具有椭圆形截面，或者实现所述目的的其他合适形状，为了上述给定目的而最好具有至少是部分圆整的形状。

在盒形结构20的侧部，有两个固定连接及加强系杆29，用于连接头部的法兰21。

设备10相对于板材11例如可以设置成水刀基本上垂直于板材11的表面（从图4可以看出），或者水刀可以相对于垂直方向形成在5°与15°之间的角度，有利地是定向成相对于板材11的供给方向的逆流方向。

可以为设备10设置自动定位设备（未示出），所述自动定位设备以自动方式和/或根据预定表格调节相对于板材11的表面的距离“h”和/或倾角，以便变化水刀的撞击角度，其中所述预定表格的值随着轧制品前进过程中板材11的厚度变化而不同。

可以对本发明进行修改和变化，所有的这些修改和变化都应当落入由以下权利要求书所限定的保护范围。

Claims (13)

1.一种通过输送压力水来去除金属制品（11）表面的氧化皮的设备，所述设备包括一限定用做压力水的通道的内部容积（22）的盒形结构（20），连接到间隙值小于1毫米的出口缝隙（23），并且连续延伸所述金属制品（11）的至少整个宽度，其中，所述出口缝隙（23）由两个相邻的贴片（24）的相邻表面所限定，并且其中，所述设备还包括用于调节所述出口缝隙（23）的值的装置，其特征在于，所述调节装置包括多个系杆（26），所述系杆设置成基本上横穿所述盒形结构（22）的延伸部，每个所述系杆（26）与相应的致动器（28）相关联并且与位置传感器（27）相关联。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的相邻贴片（24）限定所述出口缝隙（23）的构造具有加速水流的第一段以及稳定水流的末段，所述的第一段由相互渐缩收敛的壁面（124）的区段来限定，所述的末段由相互平行的壁面（224）的区段来限定。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述出口缝隙（23）的间隙值小于十分之几毫米，甚至更优选地在百分之一毫米与百分之十毫米之间。

4.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于调节所述产品（11）的表面到所述出口缝隙（23）之间的距离（h）的装置。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述距离（h）在10mm与30mm之间。

6.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述调节装置被配置为：所述距离（h）随着所述产品（11）的厚度发生变化而保持基本上恒定。

7.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述调节装置被配置为：所述距离（h）随着所述产品（11）的厚度发生变化而变化。

8.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备包括定向装置，所述定向装置用于调节所述出口缝隙（23）相对于所述产品（11）的表面的角度，所述角度在0°与20°之间。

9.一种通过输送压力水来去除金属制品（11）的表面的氧化皮的方法，其特征在于，所述方法提供以下步骤：

-提供用于供应压力水的设备，所述设备包括一限定用做压力水的通道的内部容积（22）的盒形结构（20），连接到出口缝隙（23），所述出口缝隙沿所述金属制品（11）的至少整个宽度连续延伸；

-借助于调节装置将所述出口缝隙（23）的值调节成小于1毫米的间隙值，所述调节装置包括多个系杆（26），所述多个系杆基本上横穿所述盒形结构（22）的纵向延伸部设置，每个所述系杆（26）与对应的致动器（28）相关联，并且与一位置传感器（27）相关联；

-将所述出口缝隙（23）定位在距离所述产品（11）的表面为10mm与30mm之间的距离处；

-以高于至少75bar的压力供应水到所述盒形结构（20）的所述内部容积（22）中，以便产生在100-150bar级别的水的出口速度。

10.如权利要求9所述的方法，其中设置所述传感器（27）的位置的步骤，其特征在于，所述设置步骤包括以下步骤：

-所述传感器（27）是通过一相等的力的作用而被激活，从而完全关闭水的所述出口缝隙（23）；

-在所述盒形结构（22）内引入与除氧化皮的水的压力相等的压力；

-所有的传感器（27）被清零，以获得相同的基准，从而在运作期间获得相同的表现。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法提供至少一个清洗所述出口缝隙（23）的步骤，所述步骤按照以下方式执行：使所述出口缝隙（23）变宽到比去除氧化皮期间使用的值大更多的值，然后输送水通过所述变宽的缝隙。

12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，在使用期间提供调节被设置的所述系杆（26）的位置的功能，以便以预定的时间间隔逐渐减小所述出口缝隙（23）的值，进而修复所述缝隙（23）的边缘处的磨损。

13.如权利要求9至12中任一项所述的方法，其中两个如权利要求1至8的任一项所述的设备中的每一个分别与所述金属制品（11）的一个表面相关联，并且其中所述的设备对准或纵向偏置设置，其特征在于，与所述产品（11）的上表面相关联的所述设备（10）的输水压力大于与所述产品的下表面相关联的所述设备（10）的输水压力。

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